Phân tích cấu trúc trúc tinh thể và thành phần hoá học của các AgNPs

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.4. Phân tích cấu trúc trúc tinh thể và thành phần hoá học của các AgNPs

AgNPs và AgNC

Cấu trúc tinh thể tự nhiên của các hạt nano bạc đã được xác định bằng phương pháp tinh thể học thông qua phép đo nhiễu xạ tia X (XRD). Các mẫu nhiễu xạ tia X (XRD) của các hạt hình cầu bạc và các tấm nano hình vng được trình bày trong hình 3.5a. Các cường độ nhiễu xạ được ghi lại góc 2 theta từ 30o đến 80o. Mẫu AgNPs thể hiện bốn đỉnh phản xạ Bragg mạnh ở các góc 2là 38,235o, 44,327o, 64,23o và 77,12o tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (111), (200), (220) và (311), trong khi đối với mẫu AgNC các vị trí phản xạ Bragg đặc trung của 4 mặt phẳng tinh thể này có lệch nhỏ: 38,291o, 44,361o, 64,922o và 77,162o. Đối chiếu với thẻ pdf-JCPDS No.04-0783 dễ dàng thấy các AgNPs và AgNC có cấu trúc mạng lập phương tâm diện (FCC) của bạc [42]. Tỷ lệ cường độ giữa (111) và (200) đỉnh cho thấy giá trị tương đối cao là 3,3 so với giá trị tỷ lệ trong công bố khác là 2,5 [43]. Giá trị tỷ lệ cao này cho thấy sự tăng cường của các mặt phẳng tinh thể trong các tấm nano hình vng Ag. Người ta cho rằng mặt phẳng tinh thể này có thể có sức căng bề mặt thấp nhất [44], và mật độ nguyên tử của (100) bề mặt tinh thể trong cấu trúc mạng FCC đạt đến 91,04% [43], vì vậy các nguyên tử bạc tự ưu tiên hơn định vị theo hướng dọc. Ngồi ra, khơng có đỉnh tạp chất nào xuất hiện trong XRD, cho thấy độ tinh khiết của mẫu bạc cao. Mẫu XRD cho thấy rõ ràng rằng các AgNPs được tạo thành do sự khử ion Ag+bởi NaBH4 có bản chất là tinh thể. Hình ảnh SEM và XRD của các mẫu chứng minh rằng các tấm nano bạc đã được chế tạo thành cơng thơng qua phản ứng quang hố.

Đánh giá chi tiết hơn về kích thước tinh thể của các nano bạc thu được. Hình 3.5(b-e) biểu diễn riêng các đỉnh nhiễu xạ ở các mặt (111), (200), (220) và (311), nhờ đó xác định được độ bán rộng cực đại của các pic tương ứng (FWHM). Kết quả đo FWHM được thể hiện trên bảng 3.1. Dễ dàng quan sát thấy sự mở rộng của pic nhiễu xạ được cho là do sự giảm kích thước của tinh thể. Tuy nhiên, nhìn chung vị trí của các đỉnh (111), (200), (220) và (311) và

FWHM của AgNPs và AgNC cũng hơi khác một chút dẫn đến kích thước tinh thể thay đổi rõ dệt. Điển hình đối với AgNPs, AgNC ở đỉnh (111) ở giá trị 2

là 38.235o và 38.291otương ứng với các giá trị kích thước tinh thể thu được là 32,9 và 32,09 nm. Kết quả tính tốn kích thước tinh thể của 4 đỉnh nhiễu xạ dựa trên giản đồ nhiễu xạ tia X bằng công thức Debye - Scherrer được biểu diễn trên bảng 3.1:

(3.1)

Trong đó k = 0,893 là hệ số hình học hoặc hằng số Scherrer,  = 0,154056 nm là bước sóng của bức xạ tia X,  là nửa độ bán rộng cực đại (FWHM) của đỉnh XRD (rad), là góc nhiễu xạ của đỉnh tương ứng. Kết quả cho thấy, đối với mẫu AgNPs thì kích thước tinh thể tính tốn theo cơng thức của Debye - Scherrer lớn nhất ở mặt (111) bằng 32,9 nm và nhỏ nhất ở mặt (311) bằng 24,0 nm trong khi đối với các tấm vng nano AgNC thì cho (111) bằng 32,09 nm và nhỏ nhất ở (220) bằng 13,95 nm. Kết quả này khá phù hợp với trường hợp nano bạc dạng tấm [38].

Hình 3.5. (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mầm nano bạc AgNPs (đường màu đen) và

của tấm AgNC (đường màu đỏ). (b, c, d và e) lần lượt thể hiện các đỉnh nhiễu xạ ở các mặt (111), (200), (220) và (311) tương ứng.

Bảng 3.1: Kết quả phân tích các thơng số kích thước tinh thể của mầm AgNPs và tấm AgNC Mầm AgNPs Mặt Vị trí đỉnh - 2 theta (độ) Bước sóng tia X (nm) K Kích thước tinh thể (nm) Kích thước tinh thể trung bình (nm) 111 38.235 0.2535 0.154056 0.893 32.90 28.81 200 44.327 0.29 29.34 220 64.23 0.321 28.99 311 77.12 0.42 24.00 Tấm AgNC 111 38.291 0.26 0.154056 0.893 32.09 21.61 200 44.36 0.47 18.11 220 63.92 0.66 13.95 311 77.162 0.45 22.30

Để chi tiết hơn kiểm tra độ sạch cũng như thành phần các nguyên tố trong mẫu, tác giả đã sử dụng phép đo phổ tán sắc năng lượng (EDX). Đây là phép đo hiện đại và có độ nhạy cao cho kết quả chính xác. Đường profile trên hình 3.6b được trích xuất từ ảnh SEM bên hình 3.6a cho thấy một tín hiệu mạnh trong vùng bạc và xác nhận sự hình thành của AgNC. Đỉnh hấp thụ điển hình của bạc kim loại là xấp xỉ 1,86 keV; 2,1 keV và 3 keV do cộng hưởng plasmon bề mặt [45]. Chỉ có các đỉnh bạc được ghi nhận trong quang phổ, cho thấy rằng sản phẩm là bạc ngun chất. Khơng có đỉnh quan sát được đối với các hợp chất bạc khẳng định độ tinh khiết của bạc trong mẫu và cũng một lần nữa khẳng định lại các kết quả đo SEM và XRD ở trên.

Hình 3.6. (a) Ảnh SEM của các AgNC và (b) Biểu diễn phổ tán sắc năng lượng EDX

tương ứng vùng lấy ảnh ô vuông mầu vàng trong (a)